全断面开挖施工工艺.docx
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全断面开挖施工工艺
3-1-2全断面开挖施工工艺
1前言
1.1全断面开挖法定义
全断面开挖是按照设计断面将隧道一次开挖成形，再施作衬砌的施工方法。
1.2工艺特点
（1）施工时应配备钻孔台车或台架及高效率机械设备以尽量缩短循环时间，各道工序应尽可能平行交叉作业，提高施工进度。
（2）使用钻孔台车宜采用深孔钻爆，以提高开挖进尺。
（3）初期支护应严格按照设计及时施作。
1.3适应范围
适用于隧道的Ⅰ～Ⅱ级围岩地段，Ⅲ级围岩开挖断面60m2以下的隧道或Ⅲ级围岩开挖断面60m2以上隧道采取了有效的预加固措施后，亦可采用全面开挖施断工工艺。
全断面开挖施工工艺循环进尺必须根据隧道断面、围岩地质条件、机械设备能力、爆破振动限制、循环作业时间等情况合理确定。
2质量检验标准
（1）隧道开挖断面的中线和高程必须符合施工图要求。
1）．检查数量：
每一开挖循环检查一次；
2）．检查方法：
采用仪器测量。
（2）、隧道开挖必须严格控制欠挖,当围岩完整、石质坚硬时，岩石个别突出部位（每1㎡不大于0.1㎡）侵入衬砌必须小于5cm,拱脚和墙脚以上1m内断面严禁欠挖。
1）检查数量：
每一开挖循环检查一次；
2）检查方法：
采用自动断面仪等仪器测量周边轮廓断面，绘断面图与施工图断面核对。
（3）洞身开挖必须核对地质，在每一次开挖后及时观察、描述开挖面地层的层理、节理、裂隙的结构状况、岩体的软硬程度、出水量大小等，核对施工图地质情况，判断围岩稳定性。
（4）光面爆破或预裂爆破钻孔眼，必须根据钻爆设计图准确标示出钻孔位置。
钻孔时必须按钻爆设计要求严格控制钻孔的间距、深度和角度，掏槽眼的眼口间距和深度允许偏差为5cm。
周边眼的间距允许偏差为5cm，外插角必须符合钻爆设计要求，孔底不得超出开挖断面轮廓线15cm。
1）检查数量：
每一开挖循环检查全部掏槽眼和10%周边眼；
2）检查方法：
测量。
（5）光面爆破的钻孔痕迹保存率，硬岩不得小于80%，中硬岩不得小于60%，并在开挖轮廓面上均匀分布。
1）检查数量：
每一爆破开挖循环检查一次；
2）检查方法：
对照钻爆设计资料，观察、计数检验钻孔痕迹保存率。
3全断面开挖法施工工艺
3.1工艺流程图
其施工流程可参照图2-1。
图2-1全断面开挖施工流程图
3.2施工准备
3.2.1施工用风
（1）空压机功率要求
隧道施工用风应采用固定或移动空压机供风，空压机最大功率应能满足同时工作的各种风动机具的最大用风量和足够风压的要求。
（2）空压级位置要求
固定式空压机站应设在洞口附近，并靠近变电站，当有多个洞口须集中供风时，可选在适中位置，但应靠近用风量较大的洞口。
空压机站应有具体的防水、降温和保温设施。
移动式空压机可根据工作面掘进距离布置在洞口或洞内，但需要做好防护措施。
（3）工作风压
隧道工作面风压不应小于0.5MPa，高压凤管的直径应根据最大送风量、凤管长度、闸阀等条件计算确定。
（4）凤管的安装和使用
1）高压凤管及接头装置的材质必须符合相关标准规定；
2）高压凤管应敷设平顺，接头严密，不漏风；
3）在洞外地段，当凤管长度大于100m以内和温度变化较大时宜安装伸缩器，靠近空压机150m以内，凤管的法兰盘接头宜用石棉衬垫；
4）长度大于1000m时，应在高压凤管最低处设置油水分离器，定时放出管中的积油和水；
5）洞内高压凤管应敷设在电缆电线相对的一侧，凤管的前端至开挖面距离宜保持30~40m，并用分凤器（可自制）连接高压软凤管；
6）各种闸阀在安装前应拆开清洗，阀门应进行水压强度试验，合格后方可使用；
7）高压凤管在安装前应进行检查，当有裂纹、创伤、凹陷等现象不得使用，管内不得保留有残余物和其他赃物；
8）高压凤管使用应有专人负责检查、养护。
3.2.2施工用水
（1）隧道施工供水方案的选择及设备的配置
1）水源的水量应能满足工程和生活用水的需要。
有高山自然水源时，应蓄水利用。
水池高度应通过计算，并能满足洞内最大水压的要求；
2）水池的容量应计算并有一定的储备量，满足洞内外集中用水的需要；
3）采用机械抽水站供水时，应有备用的抽水机；
4）工程和生活用水使用前必须经过水质鉴定。
（2）工作面水压
隧道工作面的水压不应小于0.3MPa，水管的直径应根据最大供水量、管路长度、弯头、闸阀等条件计算确定。
（3）高压水管的安装和使用
1）管路应敷设平顺，接头严密，不漏水；
2）水池的总输出管路上必须安装总闸阀；主管路上每隔300~500m应分装闸阀；
3）洞内水管前端至开挖面宜保持30m距离，并用高压软管连接分水器。
洞内软管的长度，一般情况下不宜大于50m；
4）洞内水管管路应敷设在电缆、电线相对的一侧，不得妨碍运输；当与水沟同测时，不得影响排水；
5）钢管在安装前应进行检查，有裂纹、创伤、凹陷等现象时不得使用，管内不得保留有残余物和其他赃物；
6）管路使用中英由专人负责检查、养护。
冬期应注意管道保温。
3.2.3施工用电
（1）施工用电方案
施工用电应进行施工用电设计，并采用三级配电二级保护方式。
（2）隧道供电电压应符合下列要求：
1）常大隧道施工，电源采用10KV供电，经过变压后对用电设备供电；
2）低压供电采用380V/220V三相五线系统；
3）照明电压，作业地段宜36V，成洞和不作业地段可采用220V；
4）低压线路末端的电压降不得大于10%。
（3）变压器容量
变压器容量应按电气设备用电总容量确定。
当单台电动设备容量超过变压器容量1/3时，应适当考增加起动附加容量。
（4）变压器位置
洞外变电站宜设在靠近负荷集中地点和设在电源来线一侧，沿海地区工程，应考防雷击和防飓风措施。
变电站电源线当需跨越施工地区时，其最低点距人行道和运输线路的最小高度应满足；电压35kV时7.0m，10kV时7.0m，400V时6.0m。
（5）洞内供电线路布置和安装
1）成洞地段固定的电线路，应用绝缘良好的塑料绝缘导线架设。
施工地段的临时电线路宜采用橡套电缆。
竖井、斜井宜使用铠装电缆；
2）照明和动力电线路安装在同一侧时，必须分层架设。
电线悬挂应满足：
400V以下不小于2.5m，10kv不小于3.5m；
3）涌水隧道的电动排水设备，瓦斯隧道的通风设备以及斜井、竖井内的电气装置应采用双回路输电，并有可靠的切换装置和防爆措施；
4）36v低压变电器应设在安全、干燥处，机壳接地，输电线路长度不得大于100m；
5）动力干线上的每一分支线，必须装设开关及保险装置。
严禁在动力线路上加挂照明设施。
（6）高压进洞（10kv）
1）洞内高压变电站，应设置在干燥的避车洞或不使用的横通道内，变压器与周围及上下洞壁的最小距离，不得小于300mm，同时应按规定要求设置安全防护设施；
2）洞内高压变电站之间的距离宜为1000m，由变电站分别向相反两方向供电，每一方供电距离不宜超过500m；
3）洞内高压变电站应采用井下高压配电装置或相同电压等级的油开关柜，不宜使用跌落式熔断器。
低压则宜采用成套组合电器，也可采用带有空气断路器的井下低压配电盘或装设自动空气开关，并有防尘措施。
3.3施工工序
3.3.1施工测量
当上一循环结束时，测量技术人员利用洞内中线控制桩点，画出工作面开挖轮廓线，并初步标记出主要钻孔位置。
3.3.2凿岩台车（多功能台架）就位
根据工作面的开挖轮廓线把凿岩台车（多功能台架）开到指定位置，固定台车，并调整台车的高度，便于工作。
3.3.3钻孔、装药
（1）隧道开挖前必须根据工程地质、开挖断面、开挖方法、循环进尺、钻孔机具和爆破材料等进行钻爆设计。
（2）Ⅱ级围岩钻爆设计见和表3-3-1、表3-3-2。
表3-3-1综合爆破参数表
围岩级别
周边眼间距E（cm）
周边眼抵抗线W（cm）
相对距离E/W
周边眼装药集中度（kg/m）
Ⅱ
60
75
0.8
0.21
表3-3-2二级围岩全断面开挖爆破设计参数
钻孔名称
段号
孔深
（m）
眼数
炸药类型
单孔条数
（条）
单孔药量
（kg）
单段药量
（kg）
装药长度
（m）
装药结构
掏槽眼
1
0.83
4
0.20
3
0.60
2.40
0.6
集中
掏槽眼
3
2.3
4
0.20
7
1.4
5.6
1.0
集中
掏槽眼
5
4.0
4
0.20
12
2.4
9.6
2.4
集中
扩槽眼
7
3.5
20
0.20
9
1.8
36
1.8
集中
扩槽眼
9
3.5
10
0.20
9
1.8
18
1.8
集中
扩槽眼
10
3.5
15
0.20
9
1.8
27
1.8
集中
扩槽眼
11
3.5
31
0.20
9
1.8
55.8
1.8
集中
内圈眼
13
3.5
35
0.20
9
1.8
63
1.8
集中
周边眼
15
3.5
44
0.15
5
0.75
33
1.9
间隔
底板眼
15
3.5
19
0.20
10
2.0
38
2.0
集中
（3）钻爆设计的内容应包括钻孔（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、数目、深度和角度，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序，和钻孔要求等。
（4）钻孔布置必须符合下列规定：
1）掏槽眼可采用直眼掏槽或斜眼掏槽；
2）周边眼应沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合施工图要求；
3）掘进眼交错均匀布置在内圈眼与掏槽眼之间，力求爆破出的石渣块度适合装渣的需求；
4）周边眼、内圈眼与辅助眼的孔底应在同一垂直面上，掏槽钻孔应加深10cm。
（5）隧道的爆破作业，应采用光面爆破。
光面爆破参数应通过试验确定。
当无试验条件时，有关参数可参照表3-3-3选用。
表3-3-3光面爆破参数
岩石级别
周边眼间距E（cm）
周边眼抵抗线W（cm）
相对距离E/W
装药集中度q（kg/m）
极硬岩
55~57
60~80
0.7~1.0
0.30~0.35
硬岩
45~65
60~80
0.7~1.0
0.20~0.30
软质岩
35~50
45~60
0.5~0.8
0.07~0.12
注①表所列参数适用于炮孔深度1.0~3.5m，钻孔直径40~50，药卷直径20~25mm；
②在周边开挖成形要求较高时，周边眼间距E应取较小值；
③周边眼抵抗线W值在一般情况下均应大于周边眼间距E值；
④E/W：
软岩取小值，硬岩及断面h取大值；
⑤表列装药集中度q为2号岩石硝铵炸药，选用其他类型炸药时，应修正。
（6）根据爆破设计要求和工作面的钻孔位置，开始人工操作凿岩台车机械手（或人工利用风钻）进行钻孔，在钻进过程中要根据钻进速度、围岩软弱程度等，及时调整供风量和供水量。
钻孔位置和角度要准确。
当钻孔结束时，开始装药，炸药要采用低密度低爆速、低猛度的炸药，严格控制周边眼装药量，间隔装药。
同时使药量沿钻孔全长适当分布。
雷管采用毫秒微差有序起爆，一般周边眼采用导爆索起爆，以减小起爆时差。
3.3.4施工通风
当工作面起爆后，开始进行施工通风，具体通风方式可采用压入式、混合式、压出式或巷道式。
3.3.5初次喷射混凝土
隧道内主要的喷射混凝土形式为喷普通混凝土、喷钢钎维混凝土、喷耐腐蚀混凝土等。
3.3.6出碴运输
工作面使用大功率装载机装碴，大型自卸汽车运输。
首先要保证工作面的照明，便于司机操作，同时也保证出渣机械处于良好的状态，装运能力大于开挖能力并有备有，运输道路平整通畅，在关键地段设车辆调度协调进出车辆，安全警示和标识要齐全。
4劳动力组织及生产效率
4.1劳动力组织（以双线隧道、开挖断面为120m2、风钻为例）
以三班作业制为例，见表4-1。
表4-1全断面开挖每班劳动力组织表
工种名称
找顶工
测量工
修钻工
钻爆工
电工
司机
班长
合计
全断面开挖
1
4
2
25
1
7
1
41
4.2生产效率
（1）生产效率见表4-2。
表4-2-1全断面开挖施工工艺作业循环时间表
序
号
工序
时间
（min）
循环时间（min）
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
1
测量放线
30
2
钻眼
210
3
装药联线
60
4
通风
30
5
清危初喷
120
6
出渣
180
从上表可知，每次循环的时间是600min,每次循环进尺按2.5~3.0m计算，每个月的生产效率为180~210m。
（2）扒爪装岩机生产效率计算
PN=a（60n·V·KT·KB）=PT·KB
式中PN——扒爪装岩机的实际生产率，m3/h；
PT——扒爪装岩机的技术生产率，m3/h；
a——扒爪数目，a=2；
n——扒爪每分钟扒装次数；
V——一个扒爪每次扒渣体积，当使用有蟹爪时为蟹爪扒取体积3；
KT——石渣装载困难系数，按表4-2-2取值；
KB——装岩机时间利用系数。
表4-2-2石碴装载困难系数表
松散石渣单位体积质量kg/m3
石渣平均块度mm
100
200
300
400
1500
2000
2500
3000
1.00
0.90
0.75
0.60
0.80
0.70
0.60
0.45
0.60
0.50
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
由于KB不易准确取值，可按下列方法计算PN：
3600QB2Lt3
tB=—————+（——+t1）+t2+——
2（60nVKT）vnB
式中tB——装满一辆矿车需要的时间，s;
QB——矿车容量，m3；
L——平均调车距离，m；
V——平均调车运行速度，m/s；
t1——矿车摘挂时间，s；
t2——其他原因停止装车时间，s；
t3——调换列车时间，s；若一列车将石渣装完，则t3=0；
nB——一列车的矿车辆数。
3600QB
PN=————
tB
Q
T=——+T0
PN
式中T——一列车装岩总时间，h；
Q——爆落的松散石渣体积，m3；
T0——装岩准备和结束时间，h0。
5施工机具设备配置
全断面开挖施工工艺是一项综合程度较高的施工工艺，比分部开挖效率有很大提高。
主要施工机械配置参见表5-1。
全断面开挖施工方法与机械设备配套原则为配置设备生产能力高于进度指标，保证即使个别设备发生故障，施工生产也不致受到影响。
同类机械设备尽可能采用同厂家设备，以便于维修、配件供应和通用互换，确保机械使用率。
表2~表5位隧道工程机械型号及技术性能表。
表5-1洞内全断面开挖机械设备配置（示例）
序号
名称
技术条件
数量
（台/套）
1
三臂凿岩台车
21SGBC-CR
2
2
气腿式凿岩机
YT-28
20
3
轴流式通风机
SDF（C）-No11,No12.5
2
4
装载机
侧卸式
4
5
挖掘机
PC200-3
2
6
电动空压机
4L-20/8
2
7
312挖装机
ITC-312
1
8
自卸汽车
2-5M
6
注：
凿岩台车和凿岩机不同时配置；使用挖装机时，装载机和挖掘机配置数量减少。
表5-4锚杆台车技术性能
制造厂家
锚杆台车型号
底盘
臂系统
锚杆长度（m）
洞室高度（m）
太姆
洛克
ROBOLT-H365
TPA65
ZRU407
1.4-2.4
2.9-4.0
ROBOLT-H318
TPA180
ZRU1407
1.4-6.0
3.5-7.6
ROBOLT-H395
TPA95
ZRU707
1.4-3.26
3.4-4.7
ROBOLT-DH318
TPA95
ZRU707
1.4-3.26
3.4-4.7
阿特
拉斯
BOLTEC-232L
DC11
BUT32
1.5-2.4
3.1-6.2
4.0-7.0
BOLTEC-332L
DC16
BUT32
1.5-2.4
3.1-6.5
4.0-7.3
BOLTEC-335L
DC16
BUT35
1.5-2.4
3.1-8.5
4.0-9.3
BOLTEC-335H
DC16
BUT35
2.4-3.5
4.1-8.5
5.2-9.6
BOLTEC-435H
DC26
BUT35
2.4-5.0
4.1-8.6
6.7-11.2
BOLTEC-535H
DC166
BUT35
2.4-5.0
4.1-8.6
6.7-11.2
表5-5瑞典阿特拉斯公司产铵油炸药装药器技术性能
类型
容量
（L）
装药速度
（kg/min）
装药方向
装药密度
（kg/L）
PORTANOL（手提式）
30-50
5-7
所有方向
0.95
ANOL100
100
30-75
向上达30
0.9
ANOL150
150
30-75
向上达30
0.9
ANOL300
300
30-75
向上达30
0.9
ANOL500
500
30-80
向上达30
0.9
ANOL750
750
30-80
向上达30
0.9
JETANOL100
100
15-20
所有方向
1.0
JETANOL150
150
15-20
所有方向
1.0
JETANOL300
300
15-20
所有方向
1.0
JETANOL500
500
20-30
所有方向
1.0
JETANOL750
750
20-30
所有方向
1.0
表5-2部分国产掘进钻车技术性能
产品名称
型号
凿孔直
径（mm）
推进长度（mm）
驱动方式
功率
（kw）
行走速度
（km/h）
适应断面
（㎡）
配套凿岩机
外形尺寸
（长
宽
高）,（mm）
质量
（t）
生产厂
轮胎式掘进钻车
CTJ500-2A
2500
电-液
26.4
0~2.6
2.4
2.4~3.5
4.5
6.8
1.6
1.6
6
沈阳风动工具厂
全液压掘进钻车
CTJ10-2Y
38~42
2500
电-液
62.5
0~3
4~20
2
YYG80
2
YYG70
8.69
1.5
2.1
8.4
宜化采掘机械厂
努带式全液压掘进钻车
（CTJ10-2Y）
38~42
2190
电-液
45
3
2
2~3.5
4.8
6.4
1.0
1.57
7.5
轮胎式全液压掘进钻车
（CGJSYB）
38~42
2500
电-液
4~17
7.82
1.382
1.5
6.8
轮胎式气动掘进钻车
CTJ700-2
38~60
1500
2000
2500
气-液
10~27
2
YGZ70
6.75
1.5
1.8
6.5
CTJ700-3
38~60
1500
2000
2500
气-液
10~27
3
YGZ70
7.05
1.72
2.37
8.5
CTJ700-3n
38~60
1500
2000
2500
气-液
10~27
3
YGZ70
9.12
2.41
2.4
14.1
轮胎式全液压凿岩钻车
（NH174）
38~102
3405~5235
电-液
100
16
12.4
8（最大）
2
COP1238
13.46
2.5
3.05
24.2
南京工程机械厂
（NH175）
38~102
3405~5235
电-液
100
16
12.4
7.8（最大）
3
COP1238
13
2.5
3.05
30
（NH178）
38~102
3405~5235
电-液
150
16
12.9
10.26（最大）
3
COP1238
13.705
3.05
3.45
32.2
努带式全液压凿岩车
（NTH529）
38~43
2700~3995
电-液
33
2
4.98
5.4（最大）
1
COP1032
10
（1.2~1.4）
2.1
12
（NTH530）
38~43
2780~3995
电-液
65
2
4.98
6.3（最大）
2
COP1032
10
（1.3~1.6）
2.1
15
备注：
引进法国爱姆科·赛科玛（Eimco·Secima）公司制造技术合作生产。
根据瑞典阿特拉斯·考普科（Atlas·Copco）公司许可证制造。
表5-3国产装药器的主要技术性能
类型
药桶装药量
（kg）
药桶容积
（L）
工作风压
（MPa）
输药管内径
（mm）
装药效率
（kg/h）
质量
（kg）
外形尺寸，mm
（长
宽
高）
移动方式
有搅拌装置
BQF-100
100
150
0.02~0.4
25或32
600
85
980
760
1265
装有抬杆
无搅拌装置
BQ-100
100
130
0.25~0.45
25或32
600
65
676
676
1360
装有抬杆
AYZ-150
115
150
0.25~0.45
25或32
500
125
1275
1160
1540
装有胶轮
BQ200
200
300
0.3~0.8
25或32
800
179
2100
1050
1790
手推胶轮式
6施工安全及环境保护
6.1施工安全
（1）开始施工前，必须对施工工艺中存在的危险源进行辨识和安全风险评估，编制安全管理实施方案，并制定相应的应急预案；
（2）施工机械使用、操作人员条件、检修保养、各种专用施工机具和料具、施工用电、特殊环境中作业等应严格执行«铁路工程施工安全技术规范»（TB10401）；
（3）施工过程中必须对施工人员加强安全技术交底，特殊工种必须经考试合格以后方能上岗。
在推广新技术和使用新型机械设备时，应对员工进行再培训和安全教育；
（4）进
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